本文選題：面源污染　切入點(diǎn)：氮磷輸出　出處：《華中農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：農(nóng)業(yè)面源污染主要來源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村生活,不僅會造成水體富營養(yǎng)化等生態(tài)環(huán)境破壞,同時也會對人類的生產(chǎn)和生活安全構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。目前,農(nóng)業(yè)面源污染研究主要有以下幾方面困難:(1)監(jiān)測數(shù)據(jù)局限性。由于分散性、隨機(jī)性、廣泛性和監(jiān)測困難等特點(diǎn),有限的流域定點(diǎn)監(jiān)測難以完全反映面源污染物在景觀條件下的輸移特征;(2)面源研究片面性。在研究面源污染輸移過程中,更多的是側(cè)重于單個因子影響下營養(yǎng)物質(zhì)的流失和遷移過程,對于復(fù)雜景觀條件下營養(yǎng)物質(zhì)的輸移特點(diǎn)、時空動態(tài)變化及其與面源污染形成之間的相互關(guān)系開展的工作較少;(3)影響因素復(fù)雜性。由于組成景觀系統(tǒng)的地形地貌、土壤、植被和人類活動等因子時刻變化,加上復(fù)雜的景觀格局特征,研究面源污染形成過程和輸移特征難度更大;(4)尺度影響不確定性。流域和岸邊帶尺度對面源污染的貢獻(xiàn)一直是爭論的焦點(diǎn),枯、豐水期面源污染輸出大小尚無統(tǒng)一定論。本文選取丹江口庫區(qū)胡家山和五龍池典型小流域,采用野外調(diào)查、流域常規(guī)和降雨監(jiān)測相結(jié)合的方法,借助遙感和地理信息系統(tǒng)等手段,綜合運(yùn)用基于河流距離的貝葉斯最大熵方法,空間回歸模型,AnnAGNPS模型和養(yǎng)分盈虧平衡模型等多種方法手段,模擬估算了未知河流水質(zhì),不同時空尺度下河流水質(zhì)與流域特征的關(guān)系,以及景觀單元養(yǎng)分的盈虧平衡狀態(tài)與面源污染的相互影響等,從景觀單元入手,明確了養(yǎng)分循環(huán)及其向水體遷移轉(zhuǎn)化的過程和機(jī)理,揭示了其遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。取得的主要結(jié)論與成果如下:(1)基于河流距離的貝葉斯最大熵模型能更好地對流域水系氮磷濃度時空變化特征進(jìn)行估算,流域水系60%以上河流氮磷濃度超標(biāo)。以丹江口庫區(qū)胡家山小流域?yàn)檠芯繀^(qū)域,以2008~2012年水質(zhì)總氮和總磷常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),摒棄傳統(tǒng)歐氏距離,選取河流距離,運(yùn)用貝葉斯最大熵方法對河流水系中未監(jiān)測區(qū)域氮、磷濃度時空分布特征進(jìn)行估算和評價,并對氮、磷污染河段進(jìn)行預(yù)測,提出適用于面源污染河段的評價方法�？偟涂偭诐舛茸兓秶謩e為1.04~6.81 mg/L和0.01~7.77 mg/L。在枯水期時總氮污染河段比例為85%,小于豐水期污染河段比例89%,而總磷污染河段在枯水期為82%,豐水期為65%。氮、磷濃度較大的區(qū)域主要集中于流域中下游地區(qū)。(2)耕地和居民地是流域面源污染的主要來源,且在枯水期流域尺度和豐水期100-150 m岸邊帶尺度對水質(zhì)的影響更大。運(yùn)用空間自相關(guān)分析和空間回歸模型方法,綜合分析了監(jiān)測數(shù)據(jù)的空間自相關(guān)程度,以及氮、磷污染物輸出與不同尺度流域時空分布特征的密切關(guān)系�？臻g滯后回歸模型在100~150 m空間尺度范圍內(nèi)對氮、磷的解釋程度最大為88%和89%,能夠更好的預(yù)測其與流域特征之間的關(guān)系。氮、磷濃度與林地呈負(fù)相關(guān),與居民地和耕地呈正相關(guān),并且居民地和耕地對氮、磷濃度的影響更大�？臻g自回歸模型檢驗(yàn)了氮、磷的自相關(guān)性分別為0.51和0.20,通過空間回歸模型,將共線性和自相關(guān)性影響降到最低。與普通最小二乘法相比,空間回歸模型能更好的解釋流域主控因子與氮、磷輸出的關(guān)系,適合在受空間影響較大的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行模擬。(3)河流水質(zhì)受景觀異質(zhì)性影響顯著,其中景觀蔓延度、最大斑塊指數(shù)等在100 m岸邊帶尺度對氮、磷水質(zhì)指標(biāo)影響更大。結(jié)合流域和100 m河岸緩沖帶景觀類型及其格局,利用逐步回歸和冗余排序法定量描述景觀格局與河流水質(zhì)的耦合關(guān)系。景觀格局指數(shù)中蔓延度、林地和居民地斑塊密度、林地和居民地最大斑塊指數(shù)以及林地和耕地聚集度指數(shù)等顯著影響河流水質(zhì)(p0.05),100 m岸邊帶尺度各景觀類型的景觀指數(shù)對總氮和總磷的解釋程度均高于流域尺度,其中蔓延度對總氮和總磷均有顯著影響。此外,河流水質(zhì)指標(biāo)受景觀格局季節(jié)變化影響也十分顯著。枯水期景觀指數(shù)能夠更好的解釋總氮和總磷變化,而豐水期對氨氮的解釋程度要好于枯水期。(4)與下半年相比,流域上半年氮磷盈余量較大;景觀單元中居民地和耕地的油菜種植盈余量最大,玉米種植虧損量最大。選取流域內(nèi)面源污染較嚴(yán)重的五龍池流域?yàn)檠芯繉ο?深入到景觀單元尺度去計算每一個景觀單元內(nèi)氮、磷的盈虧狀況,研究氮、磷面源污染關(guān)鍵源區(qū)的分布。結(jié)果表明,各景觀單元中總氮盈余范圍為1~946 kg,總磷為1~386 kg。林地和水體中養(yǎng)分盈虧平衡量很少,養(yǎng)分盈余量最大的為居民地,其次為耕地。在上半年,耕地中每個景觀單元營養(yǎng)物質(zhì)都有盈余,但油菜氮、磷盈余量最大;下半年紅薯、花生等有少量的盈余,玉米中氮、磷都呈現(xiàn)虧損狀態(tài)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X71

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本文編號：1664179